Способ уплотнения земляного полотна Советский патент 1993 года по МПК E21D11/00 

ел С

Изобретение относится к дорожному и . гидротехническому строительству и может бить использовано для уплотнения земляного полотна при строительстве дорог.

Цель изобретения - снижение энергоемкости и увеличение производительности способа.

На фиг.1 и 2 приведены схемы реализации способа, где 1 - земляное полотно, 2 - скважины для размещения виброисточников, 3 - виброисточники, 4 - упруго-вязкое тело, 5 - компрессор высокого давления ЭУ- 5 или ЭУ-7, 6 - электронный пульт управления для синхронизации работы группы виброисточников, 7 - информационно-вычислительный комплекс (И В К), 8 - гидроим- пульсатор для нагнетания растворов; на фиг.2 приведена схема уплотнения земляного полотна, где 9-основание полотна, 10- шпуры для нагнетания растворов.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольной скважине, определяют поле напряжений и главные векторы в локальном участке грунта. Параллельно направлению простирания земляного полотна на удалении от него 3-5 и бурят скважины 2 диаметром Ф200-300 мм и глубиной 2-3 м и размещают в них невзрывные пневматические источники 3 в один ряд, причем, направление воздействия виброисточников направлено нормально линии простирания полотна, то есть источники ориентируют нормально линии простирания полотна и навстречу друг другу. Максимальный диаметр скважин 2 и их

00

,СА)

оэ

о

Ы

глубины для размещения виброисточников 3 выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний на частотах 60-1500 Гц, при которых имеет максимальная закачка упругой энергии в тело земляного полотна и составляющая от 3 до 16% всей энергии запасенной в источнике от компрессора высокого давления - от 60 до 300 атмосфер и более. После размещения виброисточников в скважине 2 их заполняют упруго-вязким телом 4 причем, в качестве материала упруго-вязкого тела используют мокрый грунт, мокрый кварцевый песок и другие Минеральные добавки.

Расстояние между скважинами 2. где размещают виброисточники 3 составляет 5- 10 м. Время воздействия - время синхронной работы группы виброисточников для приведения локального участка грунта в основании земляного полотна в возбужденное состояние регулируется посредством электронного пульта управления 6 и ИВК 7 и зависит от обводненности грунта и его толщины. При синхронной работе группы виброисточников амплитуду колебаний медленно поднимают от минимального до максимального уровня, определяемого уровнем достижения в основании грунта напряжений, равных 0,5 от разрушающих. Колебания вызывают относительную подвижку отдельных структурных элементов земляного полотна, перераспределение поля упругих напряжений и частичную дегазацию и фильтрацию в грунтах земляного полотна. Эти явления имеют место как при работе группы источников, так и в случае работы одиночного источника. Перед тем, как записать котлован насыпным грунтом, в основании 9 земляного полотна бурят скважины 10 глубинной по коренных или скальных пород в шахматном порядке с шагом 10-15 м, возбуждают упругие колебания с частотами 60-1500 гц и нагнетают в грунт ПАВ, гидроокись натрия или гидроокись натрия с метанолом нагретые до 80°С и вибровоздействия осуществляют в течение времени при котором деформации сжатия перейдут в деформации растяжения, что соответствует оптимальной проницаемости грунта и нагнетают в грунт скрепляющие растворы с частотой вибровоздействия,равной собственной частоте грунта основания 9 или производят силитикатизацию грунта. Для повышения проницаемости грунта основания 9 возбуждают ультразвуковые колебания с частотой 1-10 кГц и инициируют кавитирующие процессы, которые имеют место при распространении упругой волны через участок грунта, нагретый свыше 30°С. В нем при распространении упругой волны

в зоне разрежения упругой волны образуются гидроразрывы - мельчайшие пузырьки, заполненные паром и газом, и схлопываю- щиеся в зоне сжатия упругой волны, что

приводит к резкому повышению проницаемости грунта и снижению его прочности на 20-40%

Для возбуждения ультразвуковых колебаний в выбранном диапазоне частот бурят скважины 2 Ф44-76 мм и глубиной 3-5 м, причем скважины на 3/4 их глубины и объема заполняют редкоземельными веществами, обладающими гигантской маг- нитострикцией.

5 В качестве редкоземельных веществ использованы интерметаллические соединения RFe2: - ТмРв2, ДуРе2, HeFe2 и другие. В качестве вяжущего использован тонкозернистый цемент в отношении 1,% от общего

0 объема редкоземельного вещества, помещенного в скважине. Затем в редкоземельное вещество вставляют электроды, подают на них возбуждающее напряжение от источника и возбуждают в них электромагнитные

5 колебания, причем, до 50% этой энергии переходит в упругие колебания параметрами которых управляют изменяя частоту и величину возбуждающего напряжения, В отдельных случаях ультразвуковые ко0 лебания в выбранном диапазоне частот возбуждают мощным лучом лазера в жидкости скважины 2, причем при этом более 60% энергии луча лазера переходит в упругие колебания в выбранном диапазоне частот,

5 причем, параметрами упругих колебаний управляют изменяя частоту и интенсивность луча лазера. Параметры вибровоздей- ствия задают для всех источников одинаковыми, а именно; частоту, длитель0 ность и интенсивность поддерживают одинаковыми при неизменных контактных условиях. Во время приведения земляного полотна в возбужденное состояние осуществляют контроль за его напряженно-де5 формированным состоянием во время и после вибровоздействия. Измеряют напряженно-деформированное состояние и при достижении напряжений в грунтах равных 0,5 от разрушающих начинают нагнетать в

0 них либо рэзупрочняющие. растворы либо скрепляющих растворы в процессе вибровоздействия в зависимости от поставленной цели,

Таким образом, земляное полотно обра5 батывается всеми видами сжимающих и растягивающих нагрузок, что способствует увеличению проницаемости грунтов, фильтрации в них растворов.дегазации грунтов и уплотнения их наряду со снижением энергоемкости процесса и увеличения его произ одительности по сравнению с классическими, традиционными способами уплотнения Земляного полотна.

Во время вибровоздействия осуществляют регистрацию импульсов давления в г|рунте, определяют спектры колебаний с помощью Фурье устройств, связанных с ЙВК 7 и управляют формой возбуждающих мпульсов давления на земляное полотно Сопоставлением их с эталонными спектра- lyiH полученными в лабораторных условиях.

Воздействие осуществляют в течение времени, определяемого достижением положительного эффекта - уплотнения зе- ельного полотна. По истечении необходимого времени источники выключают и Перемещают на новое место - следующий участок полотна, который следует уплотнить.

Сущность способа состоит в том, что п|од воздействием мощных вибрационных Нагрузок на пути распространения упругих в рлн возникают волны сжатия и растяже- н ия, действующие на флюиды - жидкости и газовоздушные включения, содержащиеся в|порах и трещинах полотна, как тектониче- с(ий насос вследствие флюиды перемещаются-мигрируют во много раз быстрее, чем в|отсутствие упругой волны, что в свою оче- сопровождается, измерением поля упругих напряжений на пути мигрирующих флюидов, дегацией локального участка и ка- вйтирующйми процессами, значительно по- вЦшающими проницаемость грунта и снижающими его прочность на 20-40%.

Преимущества способа состоят в том, что размещение виброисточников способ- с|вует: приведения локального участка пйлотна в возбужденное состояние в выбранном диапазоне частот и закачка в него упругой энергии в режиме накопления при неизменных контактных условиях; перераспределению поля упругих напряжений и уп- лс| тнению грунта; снижению энергоёмкости и увеличению производительности способа.

Использование заявляемого способа позволит значительно снизить его энё рго- eiyiKocTb и увеличить производительность по сравнению с известными классическими способами уплотнения.

Формула изобретения

упруговязкого материала, синхронизацию работы источника и возбуждение в массиве колебания, увеличение их амплитуды до величины, при которой напряжения в масси5 ве достигают половины от разрушающих, поддержание амплитуды на этом уровне, бурение шпуров и нагнетание в них скрепляющего раствора, определение частот собственных колебаний массива и поэтап0 ное возбуждение в нем колебаний вначале в диапазоне частот 60-1500 Гц, а затем на частоте, равной частоте собственных колебаний массива, отличающийся тем, что. с.целью снижения энергоемкости и уве5 личения производительности, скважины бурят параллельно простиранию земляного полотна на удалении от него 3-5 м, возбуждение упругих колебаний последовательно производят попеременной с одной, а затем 0 с другой стороны, при этом вибровоздействия осуществляют в течение времени, При котором деформации сжатия перейдут в деформации растяжения, затем переходят на частоту собственных колебаний земляного

5 полотна.

Е- zrPoR3 4/3,

где РО геостатическое давление, кг/см ;

R - размер кавитирующего пузырька,, мм.

Наляйлетг прампиронця помтна

0

Ш